α—N曲线的四参数方程拟合

用目前普遍采用的三参数方程对５组裂纹扩展α－Ｎ试验数据进行了拟合时发现,该方程对裂纹扩展全过程试验数据的拟合精度不高,特别是当Ｎ接近断裂寿命时误差变得很大。为此,提出了四参数方程,将确定方法中未知参数的问题化为求多元函数极小点的数学规划问题,用四参数方程来拟合裂纹扩展全过程α－Ｎ试验数据时可得到此三参数方程更好的拟合精度。     

基于Forman方程的随机疲劳长裂纹扩展概率模型

为了提高随机疲劳长裂纹扩展率预测精度,基于Forman方程,发展了随机疲劳长裂纹扩展概率模型及其参数测定方法,考虑数据分散性规律和试样数量对概率评价的影响,得到了包含存活概率曲线、置信度曲线和两者融合曲线在内的长裂纹扩展率关系曲线,在给定应力强度因子范围内,裂纹扩展率服从对数正态分布条件下,采用线性回归和极大似然法测定模型参数。对铁道车辆LZ50车轴钢裂纹扩展数据分析表明,该模型反映了材料断裂韧度对长裂纹扩展率的影响,克服了基于Paris-Er-dogan方程的概率模型在高应力强度因子范围预测偏于危险的缺陷,验证了该模型的合理性。     

高强钢疲劳裂纹扩展速率的仿真模拟分析

采用相互作用积分法通过ANSYS软件对疲劳裂纹扩展过程进行模拟,并求解应力强度因子。根据试验数据利用MATLAB确定指数模型相关参数,拟合得到指数模型疲劳裂纹扩展速率曲线。将ANSYS所得的应力强度因子与指数模型相结合得到的裂纹扩展速率曲线和指数模型拟合的速率曲线二者与Paris模型速率曲线对比。结果表明:仿真所得的应力强度因子与指数模型相结合所得疲劳裂纹扩展速率曲线比指数模型所拟合出的速率曲线更加贴近Paris模型,这对于分析同类材料的疲劳裂纹扩展速率提供了参考,对分析机械结构的疲劳可靠性具有重要意义。     

锯齿形结构面剪切流变及非线性本构模型分析

为了对岩体结构面的蠕变和松弛特性进行比较分析,用水泥砂浆浇筑成不同角度的结构面试样,在岩石双轴流变试验机上对同一应力起点的规则齿形结构面进行剪切应蠕变试验和松弛试验.首先分析了的蠕变与松弛特性,其次对参数非线性流变本构模型的建立和求解进行探讨,最后采用参数非线性流变方程对试验曲线进行拟合. 试验结果表明:结构面剪切蠕变曲线和松弛曲线都可以分为瞬时、衰减和稳定3个阶段;基于能量理论分析蠕变和松弛过程,显示蠕变是能量的注入与耗散过程,而松弛主要是能量的耗散过程;建立非线性流变模型时,应采用流变力学模型理论推导其本构方程;积分法与Laplace变换法求解蠕变方程或松弛方程时,相应的初始条件不相同;考虑黏性系数是与时间相关的非定常参数,提出了参数非线性Maxwell模型的蠕变方程和松弛方程,与试验曲线拟合结果比较理想;蠕变方程和松弛方程的拟合参数值不同,表明蠕变与松弛不等价且不能相互置换.      

基于单元应力外推法的中心裂纹板应力强度因子精度研究

利用ABAQUS有限元软件建立有限宽中心裂纹板的裂纹扩展有限元模型,选取裂纹前端不同数目单元,采用三种基于单元应力外推法的最小二乘法拟合应力场和位移场数据对(ri,KIi),得到中心裂纹板裂纹尖端处I型裂纹应力强度因子。通过与理论解对比,结果表明:每种方法都对应一个最佳单元选取数目,方法二对应的最佳单元选取数目最小,方法三对应的最佳单元选取数目居中,方法一对应的最佳单元选取数目最大;裂纹前端单元选取数目小于最佳数目时数值解小于理论解,裂纹前端单元选取数目大于最佳数目时数值解大于理论解;应力强度因子的求解精度与单元选取数目和拟合方法有关。三种方法的比较分析,对采用基于单元应力外推法求解应力强度因子时单元数目和拟合方法的选取具有指导意义。     

随机疲劳长裂纹扩展率的新概率模型

为实现在全应力强度因子范围合理进行结构安全性分析,提出了概全门槛值和断裂韧度的随机疲劳长裂纹扩展率的新概率模型。考虑了平均应力效应,以给定应力强度因子下裂纹扩展率服从对数正态分布为基础,考虑数据分散性规律和试样数量对概率评价的影响,将存活概率和置信度相融合,由线性回归结合极大似然原理确定概率模型的参数。通过对铁道车辆LZ50车轴钢试验数据的分析表明,模型从数学上良好描述了疲劳长裂纹从裂纹启裂到瞬时断裂的整个随机过程,比较Paris、Elber和Forman模型拟合试验数据表明,该模型相关系数最大,拟合效果最好。     

加筋泡沫轻质土三轴剪切力学特性

通过三轴剪切试验, 对比在不同加筋率和围压下, 聚丙烯纤维加筋泡沫轻质土的剪切力学特性; 研究了泡沫轻质土各强度参数与加筋率、围压之间的关系, 获取了加筋泡沫轻质土裂纹扩展规律, 建立了应力-应变全曲线方程, 提出了加筋泡沫轻质土各强度参数关于加筋率和围压的本构方程; 将不同加筋率的试验数据归一化处理后进行分析, 得到了加筋泡沫轻质土的应力-应变全曲线方程, 获取了曲线方程中各参数关于加筋率、围压2个变量之间的函数关系。分析结果表明: 加筋泡沫轻质土三轴剪切强度和黏聚力均随加筋率增加呈现先增加后减小的趋势, 在加筋率达到0.75%时达到峰值; 加筋泡沫轻质土的内摩擦角受加筋率影响较小, 说明纤维作用主要是通过改变材料黏聚力来影响加筋泡沫轻质土的强度; 而强度降低率随着加筋率增加呈现明显的下降趋势, 最大从40%左右降低至10%左右时达到稳定; 加筋率一定时, 加筋泡沫轻质土的极限强度和残余强度均随着围压的升高呈增加趋势; 经过分析体积裂纹曲线发现加筋泡沫轻质土破坏时主要经历受压、产生裂缝、纤维承受拉力限制裂缝、裂缝扩展张力过大纤维拔出4个阶段, 而加筋泡沫轻质土达到屈服阶段时往往包括裂纹的稳定扩展阶段和裂纹的不稳定扩展阶段2个裂纹发育过程, 由于缺乏筋材, 泡沫轻质土属于脆性破坏, 因此, 没有裂纹不稳定增长阶段。      

应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响

通过30Cr Mn Si Ni2A钢在不同应力比下疲劳裂纹扩展试验数据,讨论了在相同裂纹长度时应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响,并提出了R-p-da/d N-a概率模型.分析表明疲劳裂纹扩展速率与裂纹长度之间存在幂函数关系da/d N=C(R)(a)n(R),且lgC(R)和n(R)是应力比R的线性相关函数,lgC(R)随着应力比R增大而减小、n(R)随着应力比R增大而增大.但是在相等裂纹长度下,应力比增大,疲劳裂纹扩展速率是减小的.     

混合砂混凝土弯曲疲劳性能研究

开展了混合砂混凝土在3种应力水平下的弯曲疲劳试验,进行了混凝土疲劳寿命的威布尔分布检验,拟合了平均弯曲疲劳寿命的lg S-lg N方程、考虑失效概率的F-lg S-lg N方程,计算了混凝土疲劳极限强度。结果表明:混合砂混凝土的疲劳寿命符合两参数威布尔分布;相同应力水平下,随着失效概率的减小,疲劳寿命随之减小。混合砂混凝土疲劳寿命N=2×106时,疲劳强度折减系数为58%。     

COD阻力曲线法及问题讨论

本文阐述了COD阻力曲线的原理,对于裂纹扩展量(△a)中包含伸张区时,从COD阻力曲线上确定δ_i值的方法作了证明,对COD阻力曲线的试验步骤作了一般介绍,并列出了两种不同材料在同一几何尺寸下的COD阻力曲线的试验结果。在本文的最后部分讨论了五个问题,即COD阻力曲线的物理含义;试样的几何尺寸与COD阻力曲线的关系;裂纹扩展量(△a)的量测计算问题,用弹性柔度法计算裂纹扩展量(△a)的问题,以及δ_R的计算问题等。     

工程车辆动态换挡规律研究

工程车辆自动换挡通常模仿汽车换挡规律而采用2参数或者3参数自动换挡技术,也有根据工程车辆的特点而提出以提高液力变矩器的效率为目的的4参数自动换挡策略,然而这些都是静态的换挡规律.在汽车"动态3参数换挡规律"基础上,提出了工程车辆"工程车辆动态换挡规律"(车速、加速度、油门开度、油泵压力),建立了传动系统及车辆各主要部分模型,在换挡时考虑工作油泵压力的变化和道路坡度角对加速度的影响,推导出最佳换挡点与动态参数的关系,并应用解析法对最佳换挡点进行求解,最后进行了试验验证.结果表明,动态4参数自动换挡规律更符合工程车辆的实际工作情况,在兼顾燃油经济性的同时能最大限度地提高车辆的动力性,并且换挡冲击度很小.     

钢桥面沥青混凝土铺装疲劳裂缝扩展数值分析

为揭示钢桥面沥青混凝土铺装裂缝行为机理,分析了铺装层疲劳裂缝扩展阻力曲线,利用复合梁疲劳试验数据,采用三维有限元方法,研究了铺装层裂缝启裂、扩展直至失稳的全过程。结果表明:疲劳裂缝扩展阻力曲线形式与材料类型和"铺装层 钢板"复合结构有关系;当天然初始裂缝长度为0时,疲劳裂缝扩展一般存在3个阶段:起始扩展区、稳态扩展区和失稳扩展区,此时复合梁的疲劳寿命接近800万次;当初始裂缝长度为10 mm时,疲劳裂缝扩展直接进入失稳扩展区,疲劳寿命约为200万次;裂缝增长率与荷载作用次数之间存在良好的非线性关系。可见,钢桥面铺装层宜选用空隙率小、易密实的铺装材料,同时可根据荷载作用次数推断出铺装层疲劳裂缝的状态。     

Numerical analysis of crack under compression by 3D displacement discontinuity method

A 3D displacement discontinuity method is applied to solve the fracture mechanics problems of the mixed mode crack under compression. Friction between the surface of the closed crack is considered by establishing a simple and efficient iterative algorithm based on method of contact resistance mitigation. On the surfaces of the closed crack, the Mohr-coulomb rule is satisfied by iteration when the crack is in condition of sliding. The stress intensity factors are obtained using displacement fitting method. It is shown that the numerical results agree with the experimental results well and that friction plays an important role in resisting crack propagation.     

沥青层底裂缝几何函数和权函数分析

为了更好分析沥青路面的裂缝开裂问题，以裂缝面受均匀拉应力为参考荷载，利用有限元方法计算出不同沥青层底裂缝长度的应力强度因子，从而得到不同裂缝长度的离散几何函数值，再根据这些离散几何函数值，为沥青层底裂缝拟合出了3个几何函数F(a/b）。并利用另外两种荷载对这3个几何函分别进行了检验，用3个数根据汉函数理论计算出的应力强度因子和有限元计算出的应力强度因子在所有计算范围内都吻合得很好。利用这几何函数得到了裂缝所有计算范围的权函数，并绘图进行了对比分析。     

Ⅰ型裂纹稳定扩展裂尖塑性区研究

运用FRANC2D/L软件分别对6.35 mm和2 mm两种厚度Arcan试件的Ⅰ型裂纹稳定扩展进行数值计算,研究了该软件的网格划分技术对计算结果的影响,发现该软件的计算精度主要受裂纹区的网格密度影响（当裂纹面单元与裂纹每步扩展单元尺寸一致时,计算精度好）.通过分析有效应力,研究了材料、裂纹扩展长度及试件厚度对裂纹尖端塑性区尺寸的影响.研究结果表明,材料的屈服应力越大,其裂尖塑性区尺寸越小;塑性区尺寸随裂纹扩展长度的增加,先增大后趋于不变;塑性区的形状与板厚或边界有关,6.35 mm厚的母材及3种焊接板材塑性区成扩散型,2 mm厚的母材成Dugdale模型,25.4 mm以上厚度母材成平面应变模型;裂纹启裂时,塑性区随着厚度的增加而减小,最终不变.     

铝合金缺口试样疲劳寿命预测新方法研究

借鉴基于断裂力学的Walker裂纹扩展公式的形式,对主ΔSs-N方法中的裂纹扩展公式进行修正,得到一种新的考虑了平均应力影响的等效结构应力ΔSg.由于焊接结构中存在着高值残余应力,平均应力对于焊接接头的疲劳寿命影响并不显著,但对于非焊接缺口件,平均应力的影响是显著的.对11种铝合金缺口试样进行有限元分析,建立以ΔSg为参数的ΔSg-N曲线族,并对得到的数据进行二元线性回归分析,得到不同置信度下的主ΔSg-N曲线.将其与试验得到的以名义应力S和等效结构应力ΔSs为参数的ΔSs-N曲线族进行对比,发现ΔSg-N曲线存在着良好的归一性.     

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基于半刚性基层沥青路面反射裂缝严重性,应用断裂力学理论及有限元软件ABAQUS,建立20结点等参有限元模型,数值模拟沥青路面反射裂缝的扩展,并应用Paris公式预估其疲劳扩展寿命,分析探讨反射裂缝扩展过程中应力强度因子K2 的变化规律及路面结构参数对其扩展寿命的影响.计算表明：(1)沥青面层反射裂缝的扩展只考虑偏荷载作用,K2 随着裂缝的扩展不断增大,初期扩展速度较慢,后期扩展速度急剧增加,直至破坏.(2)路面结构参数中,面层厚度、基层模量、底基层厚度、底基层模量和土基模量的增加对面层反射裂缝疲劳扩展寿命有利,而面层模量和基层厚度的增加则不利于面层反射裂缝的疲劳扩展.     

轮轨高速滚动接触及钢轨疲劳裂纹扩展研究

为研究高速列车轮轨滚动接触疲劳损伤,通过引入应变率效应,获得了轮轨接触作用力的分布,并基于最大周向应力判据,对车轮滚过裂纹过程中裂纹可能的扩展角度进行了统计分析,确定了钢轨表面疲劳裂纹的扩展方向.根据威布尔分布,用可能扩展角度均值作为裂纹扩展方向,获得了裂纹扩展路径.研究结果表明,低速列车钢轨的裂纹扩展为张开型裂纹逐渐变为滑开型裂纹,高速列车的钢轨裂纹扩展基本都是张开型裂纹;高速列车钢轨的裂纹扩展速率快于低速列车钢轨;模拟的裂纹路径与实验测得的裂纹路径吻合,验证了用可能扩展角度的均值作为裂纹扩展方向的合理性.